Kavli Foundation Q&A: Hvordan Gjør Borger Vitenskap Drive Discovery?

0
38

Crowd-sourcing universet: Takk til elektroniske portaler, horder av frivillige astronomer er å slå sine øyne mot himmelen og gjør ekstraordinær vitenskap. Tre forskere diskutere fremtiden til borger astronomi.

En collage av 29 nye gravitasjonsfelt brytningen kandidater oppdaget av borger forskere å bruke Plass Fordreier.
Plass Fordreier / Canada-France-Hawaii-Teleskopet Eldre Undersøkelse

Astronomer er i økende grad han vervet seg frivillig “borger forskere” for å hjelpe dem med å undersøke en tilsynelatende endeløs strøm av bilder og målinger av universet. Disse frivillige kombinert innsats er å ha en kraftig innvirkning på studiet av kosmos.

Bare i November i fjor, en borger vitenskap prosjekt kalt Plass Fordreier annonsert oppdagelsen av 29 nye gravitasjonsfelt linser, regioner i universet hvor massive objekter bøye stier av fotoner (fra galakser og andre lyskilder) som de reiser mot Jorden. Som kosmiske fenomener gå, linsene er høyt verdsatt av forskere fordi de tilbyr fristende glimt av objekter for langt, og svak, for å bli sett gjennom eksisterende teleskoper, samt viktig informasjon på brytningen objektene selv.

Plass Fordreier’ hale av linser er enda mer imponerende på grunn av hvordan det var innhentet. I løpet av en åtte måneders periode, om 37,000 frivillige kjemmet gjennom mer enn 430,000 digitale bilder i en stor, online photo library of deep space. Automatiske dataprogrammer har identifisert de fleste av de 500 gravitasjonsfelt linser på astronom bøker. Imidlertid, datamaskiner klarte ikke å flagge 29 linser Plass Fordreier frivillige oppdaget, snakke med unike ferdigheter vi mennesker er i besittelse av.

I denne Q&A, høflighet av The Kavli Foundation, tre forskere diskutere mulighetene for borger vitenskap og særlig Plass Fordreier prosjektet. Alle tre er medforfattere på to artikler publisert i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society som beskriver Plass Fordreier funn. I Kavli Foundation roundtable, forskere diskutert hva som ble funnet og den kritiske rollen som borger vitenskap i å fremme astronomiske oppdagelser.

Deltakerne:

  • Anupreeta Mer – er et prosjekt som forsker ved Kavli Institute for Fysikk og Matematikk i Universet (Kavli IPMU) ved Universitetet i Tokyo. Mer er en co-principal investigator for Plass Fordreier, en borger prosjektet er dedikert til å identifisere gravitasjonsfelt linser.
  • Aprajita Graham – er senior forsker ved institutt for fysikk ved Universitetet i Oxford. Graham er også en co-principal investigator for Plass Fordreier.
  • Chris Lintott – er professor i astrofysikk og borger vitenskap ledelse ved University of Oxford. Lintott er en co-grunnlegger av Galaxy Zoo, en borger vitenskap prosjektet, der frivillige klassifisere typer galakser, og principal investigator for Zooniverse borger vitenskap web-portal.

Det følgende er en redigert transkripsjon av roundtable diskusjon. Deltakerne har blitt gitt mulighet til å endre eller redigere sine kommentarer.

Kavli Foundation: Anupreeta og Aprajita, hvor fikk du ideen — sammen med co-principal investigator Phil Marshall ved Kavli Institute for Partikkel-Astrofysikk og Kosmologi (KIPAC) ved Stanford University — å sette frivillige til å jobbe på å identifisere gravitasjonsfelt linser starter igjen i 2013?

ANUPREETA MER: for noen år siden, Chris Lintott ga en tale på borger vitenskap ved Kavli Institute for Kosmologiske Fysikk i Chicago, hvor jeg jobbet på den tiden. Det fikk meg til å tenke på en objektiv søk etter statsborger forskere.

APRAJITA GRAHAM: For Phil Marshall og jeg, Plass Fordreier vokste ut av Galaxy Zoo. Snart etter Galaxy Zoo lansert, begynte jeg å se på noen av de galaksene som ble lagt ut på Galaxy Zoo-bruker forum som hadde potensial lensed funksjoner som omgir dem. Dette var en flott av produktet av kjernen Galaxy Zoo-prosjektet. Men vi innså at for å finne disse utrolig sjeldne kilder, som ofte forveksles med andre objekter, vi trengte virkelig en tilpasset grensesnitt for å effektivt finne linser. Dette vokste ut i Verdensrommet Fordreier.

TKF: Chris, Galaxy Zoo i seg selv var inspirert av Stardust@home, den første astronomi-basert borger vitenskap prosjektet med folk som har spilt en aktiv rolle. Inntil da, borger forskere var ofte datamaskinen eiere som tilbød opp gratis prosessorkraft på sine enheter til å hjelpe i maskin-drevet data-analyse. Var du opptatt av når du begynte å Galaxy Zoo i 2007 at det ville være vanskelig å tiltrekke seg frivillige?

CHRIS LINTOTT: Siden Stardust@home involvert folk ser på bilder av en comet støv korn brakt tilbake av NASA ‘ s Stardust plass probe, og vi tenkte “Vel, hvis folk er villig til å se på støvkorn, og sikkert de vil være glade for å se på våre galakser!” Men det viste seg å være nesten ved siden av punktet. Som vi har gjort mange av disse borger vitenskap prosjekter over flere år, og vi har oppdaget at det er ikke kvaliteten på de bilder som betyr noe. Tross alt, vår galakser vanligvis ikke vakker. De er ikke Hubble-Teleskopet skudd som du forventer å finne på forsiden av New York Times. Våre galakser er ofte uklar, lite, gåtefulle blobs. Plass Fordreier bildene er vakre, men de er ikke den slags ting du vil selge som en plakat i gavebutikken på Kennedy Space Center.

Det er faktisk ideer som gjør folk glade. Jeg tror Plass Fordreier og Galaxy Zoo har vært vellykket fordi de har gjort en god jobb med å forklare folk hvorfor vi trenger deres hjelp. Vi sa til dem: “Se, hvis du gjør denne enkel oppgave, det gir oss mulighet til å gjøre vitenskap.” Denne ideen er best vist av Planet Hunters, en borger vitenskap prosjekt som søker etter eksoplaneter i data fra nasas Kepler-romfartøy. Brukere er ute på grafer for moro skyld. Men fordi ideen er oppdagelsen av eksoplaneter, folk vil sette opp med å se på data.

TKF: Hva slags unike vitenskap er gjort mulig på grunn av Plass Fordreier?

GRAHAM: Gravitasjonsfelt linser tillate oss å se på objekter, slik som svært fjerne galakser, som er svakere og i mye mer detalj enn med teleskoper vi har nå. Er det slik at den type vitenskap vil vi rutinemessig gjør med ekstremt store teleskoper i fremtiden.

MER: Det er riktig. Noe unikt med gravitasjonsfelt brytningen er at det fungerer som en naturlig teleskop og gir oss muligheten til å studere noen virkelig svak, fjerne galakser som vi ville ikke komme til å studere på annen måte. Vi ser disse fjerne galakser i det tidlige stadier av livssyklusen, som hjelper oss å forstå hvordan galakser utvikle seg over tid.

Også, i et gravitasjonsfelt linse system, er det mulig for oss å studere egenskapene til det aktive galakser eller galaxy grupper som er med tyngdekraft brytningen bakgrunnen kilder. For eksempel, vi kan måle massen av disse forgrunnen galakser og også studere hvordan massen er fordelt i dem.

TKF: Plass Fordreier og andre borger vitenskap prosjekter blomstre fordi dataprogrammer strever noen ganger med på å identifisere funksjoner i data. Hvorfor gjøre datamaskiner har problemer med å se den karakteristiske buen eller blobby former av gravitasjons-objektiver som mennesker?

MER: problemet er at disse arc-lignende bilder av fjerne galakser kan ha svært forskjellige former og profiler. Prosessen med brytningen forstørrer disse galaksene’ bilder og kan forvrenge dem. Også disse fjerne galakser avgir lys på forskjellige bølgelengder, og kan synes å ha forskjellige farger. Videre, det er strukturer i disse galaksene som kan endre form av buer.

GRAHAM: Også, mange av spiral galakser har blålig spiralformede som kan se ut som linser. Vi kaller disse objektene “objektiv impostors” og vi finner mange flere av disse falske positive i forhold til sjeldne, sant gravitasjonsfelt linser.

MER: Alle disse forskjellene gjør det vanskelig å automatisere prosessen for å finne linser. Men mennesker er veldig flinke til å mønstergjenkjenning. Det dynamiske området som våre øyne og våre hjerner tilbudet er mye større enn en datamaskin algoritme.

LINTOTT: en Annen ting å huske på i astronomi, spesielt i Verdensrommet Fordreier, er at vi er ofte på jakt etter sjeldne gjenstander. Datamaskinens ytelse avhenger veldig sterkt på hvordan mange eksempler du har å “trene” med det. Når du arbeider med sjeldne ting, som ofte er veldig vanskelig å gjøre. Vi kan ikke montere store samlinger av hundrevis av tusenvis av eksempler på gravitasjonsfelt linser fordi vi ikke har dem ennå.

Også, folk — i motsetning til datamaskiner — sjekk utover hva vi forteller dem til å se etter når de går til bilder. En av de stor Plass Fordreier eksempler er oppdagelsen av en “rød ring” gravitasjons-objektiv. Alle eksempel linser på Plass Fordreier nettstedet er blå i farge. Men fordi vi har menneskelige classifiers, de hadde ingen problemer med å legge merke til denne røde ting som ser litt ut som disse blå ting de har blitt lært opp til å holde et øye ut for. Mennesker har en evne til å lage intuitive sprang som det, og det er veldig viktig.

GRAHAM: jeg gjentar det punktet at det er svært vanskelig å programmere mangfold og tilpasningsevne i hvilken som helst datamaskin algoritmen, mens vi snill å få den gratis fra borger forskere! [Latter]

TKF: Aprajita og Anupreeta, hva er betydningen av den røde ringen objekt Chris bare nevnt at Plassen Fordreier samfunnet oppdaget i 2014 og har tilnavnet 9io9?

GRAHAM: Dette objektet var en veldig spennende å finne, og det er et klassisk eksempel på noe vi ikke hadde sett før som borger forskere fant raskt. Vi tror at det inne i bakgrunnen galaxy-det er både en aktiv sort hull, som er produksjon av radio wave-utslipp, samt regioner i star-formasjon. De er begge strukket av brytningen i disse spektakulære buer. Det er bare et veldig fint eksempel på hva brytningen kan gjøre. Vi er likevel å sette i ytterligere observasjoner til å prøve og virkelig forstå hva dette objektet er.

MER: I dette tilfellet med 9io9, er det vanlig, main brytningen galaxy, men så er det også en annen, liten, satellitt-galaxy, som har masse og gravitasjon er også å bidra til lensing. Den satellitt-galaxy produserer synlige effekter på lensed bilder og vi kan bruke dette til å studere den massedistribusjon. Det er ingen andre metoder i tillegg gravitasjonsfelt brytningen som kan gi en så nøyaktig masse estimat for galakser på store avstander.

TKF: i Tillegg 9io9, borger astrophysicists har slått opp andre bisarre, tidligere ukjente fenomener. Ett eksempel er Hanny er Voorwerp, en galaxy-size-gass-skyen oppdaget i 2007 i Galaxy Zoo. Mer nylig, i 2015, Planet Hunters oppdaget store reduksjoner i starlight kommer fra en stjerne kalt KIC 8462. Årsaken kan være en eclipsing sverm av kometer, en annen, om enn usannsynlig, mulighet som har satt av tøylesløs spekulasjon på Internett er at en fremmed megastructure blokkerer lyset fra stjernen. Hvorfor gjør borger vitenskap tilsynelatende fungerer så vel på å gjøre helt uventet funn?

LINTOTT: jeg snakker ofte om den menneskelige evnen til å bli distrahert som en god ting. Hvis vi gjør en rutinemessig oppgave og noe uvanlig kommer sammen, stopper vi for å ta hensyn til det. Det er ganske vanskelig å utvikle med automatisert datasystemer. De kan se for avvik, men i astronomi, de fleste avvikene er kjedelig, for eksempel satellitter som krysser foran kikkerten eller teleskopet er kameraet feil.

Men mennesker er virkelig god på å oppdage interessante avvik som Hanny er Voorwerp, som ser ut som en amorf grønn blob eller et onde Kermit the Frog, avhengig av hvordan du myser på det. [Latter] poenget er, det er noe du ønsker å betale oppmerksomhet til.

Den andre store ting om borger vitenskap er at de frivillige som finner disse uvanlige ting begynner å undersøke og bli fortalere for dem. Borger forskere vil hoppe opp og ned og fortell oss profesjonelle forskere bør vi ta hensyn til noe. Den store Zooniverse funn har alltid vært fra at kombinasjonen av noen som er distrahert og deretter stiller spørsmål om hva han eller hun har funnet.

TKF: Aprajita og Chris, du er både med på den Store Synoptiske Survey Telescope (LSST). Det vil gjennomføre det største noensinne skanning av himmelen begynner i 2022 og skal slå opp tonnevis av nye gravitasjonsfelt linser. Trenger du ser for deg en Plass Fordreier-stil, citizen science prosjekt for LSST?

GRAHAM: – Borgere vil spille en stor rolle i LSST, som er en spill-veksler for lensing. Vi kjenner til ca 500 linser for tiden. LSST vil finne på ordre fra titalls til hundrevis av tusenvis av linser. Vi vil potensielt krever dyktighet som borger forskere har i jakt etter eksotiske og utfordrende objekter.

Også, LSST er dataset vil ha en tidsdimensjon. Vi er virkelig kommer til å lage en film av universet, og dette vil slå opp en rekke overraskelser. Jeg kan se statsborger forskere å være medvirkende i en rekke funn LSST vil gjøre.

LINTOTT: En ting som er utfordrende om LSST er selve størrelsen på datasettet. Hvis du var en borger forsker, si, som hadde abonnert å motta tekstmelding varsler for når objekter endring i himmelen som LSST gjør sin film av universet, så vil du ende opp med et par milliarder tekstmeldinger i natt. Åpenbart at det ikke ville fungere. Så det betyr at vi trenger å filtrere data. Vi dynamisk bestemme om du vil tilordne en oppgave til en annen maskin eller til en statsborger forsker, eller faktisk til en profesjonell vitenskapsmann.

TKF: Chris, som kommentar minner meg om noe du sa til TIME magazine i 2008: “I mange deler av vitenskap, vi er ikke begrenset av hvilke data vi kan få, er vi begrenset av hva vi kan gjøre med data vi har. Borger vitenskap er en svært effektiv måte å løse dette problemet.” I denne epoken av big data, hvor viktig vil du se alle borger vitenskap blir fremover, gitt at datamaskiner vil helt sikkert bli bedre på visuell anerkjennelse oppgaver?

LINTOTT: I astronomi, hvis du ser på ting som er rutine, som en spiral galakse eller en vanlig type supernova, jeg tror maskiner vil ta over. De vil gjøre slik etter å ha blitt trent på store datasett som borger forskere vil gi. Men jeg tror det vil være borger engasjement for en lang stund, og det vil bli mer interessant som vi bruker maskiner til å gjøre mer av det rutinemessige arbeidet og filtrere data. Oppgavene for borger forskere vil innebære mer variert ting — mer av det uvanlige, Hanny er Voorwerp-type funn. Plus, en rekke uvanlige funn må følges opp, og jeg vil gjerne se statsborger forskere å komme videre i prosessen med analyse. Uten dem, og jeg tror vi kommer til å ende opp med en haug av interessante objekter som profesjonelle forskere kan bare ikke har tid til å håndtere.

GRAHAM: Vi har allerede sett et stort engasjement fra borger forskere, særlig de som har brukt lang tid på Galaxy Zoo og Plass Fordreier. For eksempel, på Plass Fordreier, har vi en gruppe mennesker som er interessert i å gjøre gravitasjonsfelt objektiv modellering, som lenge har vært domenet til den profesjonelle astronomer. Så vet vi at det er en appetitt der for å gjøre ytterligere analyser med de objekter de har funnet. Jeg tror at i fremtiden, borger vitenskap samfunnet vil arbeide hånd-i-hånd med profesjonelle astronomer.

TKF: Er det ny statsborger astrofysiker muligheter på horisonten som er relatert til dine prosjekter?

LINTOTT: Galaxy Zoo har en ny leieavtalen på livet, faktisk. Vi bare lagt i nye galakser fra et teleskop i Chile. Disse galaksene er relativt tett og deres bilder er vakre. Det er vår første “ordentlige” se på den sørlige himmelen, så vi har en helt ny del av universet til å utforske. Det gir brukerne en mulighet til å bli den første til å se galakser — hvis de kommer seg over til Galaxy Zoo raskt!

GRAHAM: For Plass Fordreier, vi venter nye data og nye prosjekter for å være online for neste år.

MER: Her i Japan, vi er en ledende bildebehandlingsprogrammer undersøkelse kalt Hyper Suprime-Cam (HSC) undersøkelse og det kommer til å bli mye større og dypere enn hva vi har sett på så langt. Vi forventer å finne mer enn en størrelsesorden økning i antall linser. For øyeblikket er vi forbereder bilder av kandidatene fra HSC-undersøkelsen, og håper å starte en ny linse søk med Plass Fordreier snart.

Uten tvil den mest berømte borger astrofysiker discovery, Hanny er Voorwerp—nederlandsk for Hanny er Objekt—er sett her av Hubble-Teleskopet i 2011. Den Voorwerp er et gass-skyen størrelsen på galaxy og vises grønt på grunn av glødende oksygen. En nederlandsk lærer, Hanny van Arkel, oppdaget objektet mens frivillighet for Galaxy Zoo.
NASA / ESA / W. Kjøl / Galaxy Zoo-Teamet

TKF: Er det spennende oppdagelse som lokker mest statsborger forsker frivillige? Noen av bildene i Galaxy Zoo har aldri blitt sett før, fordi de ble tatt med en robot teleskop og lagret unna. Frivillige derfor har sjansen til å se noe som ingen andre noen gang har.

MER: At oppdagelsen aspekt er personlig. Jeg tror det er alltid spennende for noen.

LINTOTT: Når vi setter opp Galaxy Zoo, vi trodde det ville være en stor motivasjon å se noe som er ditt og bli det første mennesket til å legge øynene på en galaxy. Å utforske verdensrommet, på den måten er noe som til Galaxy Zoo skjedde bare på “Star Trek.” [Latter]

I årene siden, har vi også kommer til å innse at borger vitenskap er et kollektivt anliggende. De mennesker som har vært gjennom 10 000 bilder uten å finne noe som har bidratt til å oppdage noe som den røde ringen galaxy like mye som den personen som skjer til å snuble over den. Du trenger for å bli kvitt den tomme data som godt. Jeg har blitt overrasket over hvor mye våre frivillige tror det. Det er langt fra de tradisjonelle, offentlige visningen av vitenskapelig oppdagelse som den ensomme geni gjør det funnet og får all æren.

GRAHAM: har Vi satt ut med Plass Fordreier borger for forskere å være en del av vårt samarbeid, og de har virkelig gjort det mulig for oss å produsere viktige funn. De har inspirert oss med sitt engasjement og produktivitet. Vi har lært fra vår analyse at i utgangspunktet alle som blir Plass Fordreier har en innvirkning på resultatene. Vi er også spesielt takknemlig for en veldig dedikert, flittig gruppe som har gjort det meste av linsen klassifikasjoner. Vi ser frem til å ønske alle tilbake i våre fremtidige prosjekter!